基于SMS短信報警的石油機井監(jiān)控系統(tǒng)

2022-01-10 17:40:54| 來源：網(wǎng)絡| 次| 0次

油田采油機井較為分散，為集中管理帶來很大問題，采用有線網(wǎng)絡成本較高且不易維護。而SMS短信業(yè)務的開通解決了這一問題。利用由和單片機組成的基于SMS短信報警的石油機井監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了油田的無線監(jiān)控，為油田的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了保障，該系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟效益和較高的應用價值。

油田監(jiān)控系統(tǒng)結構和原理

監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和報警監(jiān)控系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)壓力流量傳感器組成，完成對抽油機井生產(chǎn)過程中相關參數(shù)的測量，測得的數(shù)據(jù)與設定的數(shù)值進行比較，判定是否正常，如果發(fā)生異常，則單片機通過串口與RS232相聯(lián)的MODE ，將數(shù)據(jù)以手機短信方式發(fā)送到與油田監(jiān)控中心的計算機相連的MODEM，計算機讀取短信到計算機管理系統(tǒng)中，同時也將數(shù)據(jù)以手機短信的方式發(fā)送單位相關管理人員手機上，已便及時處理。此外，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可提供短信查詢功能。相關管理人員可以向單片機上制定的MODEM發(fā)送約定的命令進行查詢，查詢內(nèi)容包括系統(tǒng)當前工作是否正常、是否掉電、是否被人為破壞等。

1、短信消息功能

GSM短信消息服務業(yè)務SMS(SHORT Message Service)是GMS系統(tǒng)提供給用戶的一種數(shù)字業(yè)務。它與話音傳輸及傳真一樣同為GMS數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡提供的主要電信業(yè)務。SMS的收發(fā)占用的是GSM網(wǎng)絡的信令信道，不會占用普通話音信道，而且它是雙向通信，具有一定的交互能力;SMS具有較高的可靠性，短消息發(fā)送端的用戶可知道短消息是否已達到手機端。由于短消息依靠了SMSC短消息服務中心的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)機制，當接收端用戶關機或不在服務區(qū)內(nèi)時，SMSC會暫時保存該短消息：如果接收端用戶在規(guī)定時間(通常為24H)內(nèi)重新處于工作狀態(tài)， SMSC會立刻發(fā)送短信給接收端用戶，當發(fā)送成功時會返回發(fā)送端用戶一個確認信號。 SMS充分利用了GMS網(wǎng)絡的直放站覆蓋廣的特點和全程全網(wǎng)的優(yōu)勢，具有極佳的移動性，使得任何一個申請了短消息服務的GSM無線終端用戶在全程全網(wǎng)范圍內(nèi)獲得服務。每個短消息限制140個8位組(7bit 編碼)140個英文字節(jié)或70個文字符號。如果超過此長度，則要分多次發(fā)送。

1.2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、單片機、 A/D轉(zhuǎn)換器以及有無線通信的GSM MODEM構成。該部分完成通過傳感器將被測物理量轉(zhuǎn)換成模擬信號，再由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號由單片機進行讀取讀取的數(shù)據(jù)通過定標轉(zhuǎn)換為被測機井的運行狀態(tài)參數(shù)并與預存的標準數(shù)值進行比較，判定是否正常，如果異常，則將數(shù)據(jù)以短信方式發(fā)送到與油田監(jiān)控中心的計算機相連的手機上，再由監(jiān)控中心計算機讀取到監(jiān)控中心計算機的管理系統(tǒng)中。同時為了便于管理，要將異常數(shù)據(jù)以手機短信方式發(fā)送到預設號碼的相關管理人員手機上通知進行及時處理。

2、發(fā)送短信原理

系統(tǒng)開發(fā)的關鍵和主要難點是手機的短消息接口開發(fā)。手機短消息的開發(fā)主要包括手機短消息的用戶數(shù)據(jù)區(qū)編碼和解碼、通信模式設定和聯(lián)機測試、短消息的收發(fā)、收發(fā)數(shù)據(jù)的關鍵命令的模式匹配等。手機接口開發(fā)主要利用由愛立信、摩托羅拉共同提出的AT指令集。 AT指令是基于字符的命令結構，有TEXT模式和PDU模式，還有早期使用的BLOCK模式。我們主要使用PDU模式。PDU模式是基于字符的，準確地說，是基于十六進制的數(shù)據(jù)和代碼，經(jīng)過編碼，所以無法直接讀懂。因此發(fā)送短信時需要編碼，接受短信時需要解碼，這是開發(fā)的難點。

2.1、短消息PDU格式分析及實用的AT命令

發(fā)送和接收SMS信息有2種方式:基于AT命令的TEXT MODE(文本模式)和基于命令的PDU(Protocol Description Unit)模式。西門子的手機大多只支持PDU模式。在PDU模式下，短消息正文經(jīng)過編碼后轉(zhuǎn)換成UNICODE碼被傳送。由于我們采用的是西門子的TC35手機模塊，所以主要探討PDU模式的發(fā)送和接收。

下面通過對發(fā)送的短消息格式分析，來介紹SMS PDU的數(shù)據(jù)格式。假設準備發(fā)送中文本短信內(nèi)容為“晚上好123"，則將“TC35T與計算機的串行口相連，并打開計算機的超級終端，按如下具體操作過程發(fā)送短消息(帶下劃線字符為響應信息，{}

內(nèi)為注釋):

OK什十算機與手機連接成功，這時就可以輸入各類GSM AT指令}

AT+CNMI=1，1，2

OK股置收到短消息提示}當模塊收到短消息時，給出回應:

例如:+ CMTI : " SM”， 4

AT+CMGF=0

OK{設置模塊工作的模式:0為PDU模式，1為文本模式}

AT + CMGS二26{發(fā)送短消息的字節(jié)數(shù)}

>08916831082009050 0103 091

6831993125239 3208 OC

665A4EOA597 D003100320033//鍵入Ctrl + Z，看到提示符一>出現(xiàn)在最后一個數(shù)字后面，說明系統(tǒng)已經(jīng)收到了命令，系統(tǒng)會返回操作的結構。

OK {OK表示成功，ERROR表示發(fā)送失敗}

+CMGS:32

下面分析出條信息：

08表示短消息中心地址長度:

91表示短消息中心號碼類型:

68310820905 FO表示發(fā)送短消息的編碼方式;

OD表示目標地址長度;

91表示目的地址類型;

68313904152329表示目的地址，既接收端消息的手機號碼為:13904152329;

3208表示發(fā)送中心字符方式:

oc表示短消息長度;

665 A4 EOA59 D003100320033表示發(fā)送種文字符的

UNICODE碼

665A{晚}4EOA{上}597 D{好}0032 {2)0033 {3}。

以下是模塊接收信息的分析:

AT + CMGR = < Index >{閱讀短消息的內(nèi)容，Index表示短消息存放的位置}

AT + CMGL = < Stat > &lJ表短信息:stat = 0，列為度08表示短消息中心地址長度:

91表示短消息中心號碼類型:

68310820905 FO表示發(fā)送短消息的編碼方式;

OD表示目標地址長度;

91表示目的地址類型;

68313904152329表示目的地址，既接收端消息的手機號碼為:13904152329;

3208表示發(fā)送中心字符方式:

oc表示短消息長度;

665 A4 EOA59 D003100320033表示發(fā)送種文字符的UNICODE碼

665A{晚}4EOA{上}597 D{好}0032 {2)0033 {3}。

以下是模塊接收信息的分析:

AT + CMGR = < Index >{閱讀短消息的內(nèi)容，Index表示短消息存放的位置}

AT + CMGL = < Stat > &lJ表短信息:stat = 0，列為度過的信息;Stat = 4，列所有的消息}

+ CMGL: 1, 2, 24 {I表示信息個數(shù)，2表示為發(fā)信息，24表示信息總容量}

AT + CMGD = < Index >姍U除短消息，Index表示短消息存放的位置}

OK{刪除成功}

3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)采集、校正、短信報警等功能。將抽油機井的壓力、流量、溫度等物理量轉(zhuǎn)換成模擬信號，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后由單片機讀出數(shù)字信號。該數(shù)字信號通過定標、補償就得到機井的運行狀態(tài)參數(shù)。該參數(shù)與中心存儲的預定數(shù)值進行比較，判斷是否正常，如果異常，則要求系統(tǒng)通過手機短信方式發(fā)送到與油田監(jiān)控中心計算機相聯(lián)系的MODEM上以及單位相關管理人員的手機上。

3.1、主程序

將數(shù)據(jù)以短信方式發(fā)送到目標號碼的手機或MODEM上，首先將目標號碼的手機或MODOEM上的SIM卡卡號與短信內(nèi)容編碼為PDU碼(我們這里用PDU格式發(fā)送短信)，并計算出PDU串長度L。然后通過串口將PDU碼長度及PD U碼格式按如下個事發(fā)出到與單片機并聯(lián)的MODEM上，由MODEM通過GSM網(wǎng)絡發(fā)送短信道目標手機或MODEM上。

At + crags = L(回車){L代表PDU碼長度}

)誕時等待出現(xiàn)該標識}

PDU{發(fā)送PDU碼}

OK(或ERROR)

{MODEM會自動通過串行口向單片機發(fā)送OK或

ERROR，如果是OK則表示短信發(fā)送成功，如果返

回的是ERROR則表示發(fā)送失敗}

主程序:

ORG OOOOH

AJMP ZCX

ORG 0003H

AJMP ZD

zcx:MOV P1，#OFFH

MOV R2，#40H

MOV R3，#50H

DSJ:MOV A，P1

CJNE A，#60H，DSJ

SETB EA

SETB I'M

SETB EXO

MOV R2，A

MOV R3，A

ACALL YS

SJMP DSJ

END

3.2串口接收中斷子程序

系統(tǒng)不僅有報警功能，還要具有短信功能，以便相關人員了解當前系統(tǒng)的工作狀況。在打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的MODEM的收到短信通知時，一旦MODEM收到短信，則會通過串口發(fā)出含有“+CMTI":" SM”串的短信通知表示已經(jīng)收到短信。這時通過彈片機串口向MODEM發(fā)送“AT + CMGL”讀出所有的短信，MODEM在收到該指令后會將所有未讀短信以PDU碼的格式通過串口發(fā)送到單片機中。PDU碼中包含了GSM網(wǎng)絡信息，短信發(fā)送的時間信息，發(fā)送方的手機號碼，短信內(nèi)容等信息。而這些信息包含在PDU碼中不易識別，需要解碼，解碼出短信內(nèi)容以及發(fā)送方的手機號碼。將短信內(nèi)容與預設在單片機中的密碼比較是否一致，如果不一致，則當作非法查詢處理;如果一致則單片機時通過彈片機串口向MODEM發(fā)送“AT + CMGL”讀出所有的短信，MODEM在收到該指令后會將所有未讀短信以PDU碼的格式通過串口發(fā)送到單片機中。PDU碼中包含了GSM網(wǎng)絡信息，短信發(fā)送的時間信息，發(fā)送方的手機號碼，短信內(nèi)容等信息。

而這些信息包含在PDU碼中不易識別，需要解碼，解碼出短信內(nèi)容以及發(fā)送方的手機號碼。將短信內(nèi)容與預設在單片機中的密碼比較是否一致，如果不一致，則當作非法查詢處理;如果一致則單片機提供查詢功能，將系統(tǒng)當前的相關信息以短信的方式發(fā)送到該查詢手機號碼。

中斷接收子程序:

ZD:JZ JSNO:MOV R3，A

MOV A，R3

CJNE A，R3，NO

is:RETI

4、油田監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件

監(jiān)控系統(tǒng)軟件主要由短信接受報警，短信查詢、數(shù)據(jù)庫、報表、曲線圖等功能。監(jiān)控系統(tǒng)計算機通過串行口與MODEM相連，可能通過串口收發(fā)短信。如果MODEM收到短信，則會發(fā)出通知到計算機，計算機可讀出短信，并解碼，然后存到數(shù)據(jù)庫中，共工作人員處理。由于MODEM收到的短信保存在SIM卡中，SIM卡一般只能存儲有限的幾十條短信，一旦SIM卡存滿則會造成MODEM擁堵不能再接受短信的現(xiàn)象，因此每讀出一條短信必須及時刪除。為了管理，必須能提供短信查詢功能，查詢當前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作狀況。以免為破壞數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并能對己破壞的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行及時修復。